全 文 ：常熟理工学院学报（自然科学）
Journal of Changshu Institute Technology（Natural Sciences）
第25卷第2 Vol. 25 No. 2
2011年2月 Feb. , 2011
花生壳活性炭吸附苯酚及对硝基苯酚
窦建芝，刘金芝，王 慧，张春荣，申大忠
(山东师范大学 化学化工与材料科学学院，济南 250014）
摘 要：以花生壳为原料所制备的活性炭对酚有良好的吸附能力，实验测定了苯酚、对硝基苯酚在
活性炭上的吸附特性.结果表明，两种酚在活性炭上的吸附等温线可用Freundlich或Langmuir等温
式分析，吸附动力学曲线可用假一级或假二级动力学模型拟合.在苯酚与对硝基苯酚的混合溶液
中，当活性炭投加量不足时，两种酚之间存在竞争吸附机制，对硝基苯酚的吸附平衡常数大，因而
优先吸附，混合酚的总吸附量与总平衡浓度、吸附时间的关系与单一酚溶液中的吸附类似.
关键词：活性炭；吸附；苯酚；对硝基苯酚
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1008-2794（2011）02-0047-05
酚类污染物是一种毒性很强的污染物，对人体、水体、鱼类以及农作物会产生严重的危害，在有机污染中具
有一定的代表性. 工业含酚废水主要来自于焦化、煤气、炼油和以酚类为原料的化工、制药等行业，其来源广、危
害大，是较常见的有害工业废水之一，且治理难度较大，在我国水污染控制中被列为重点解决的有害废水之一.
目前采用的除酚方法主要包括物理法、化学法、生物法三大类［1-3］，其中物理法主要包括吸附、膜分离技术、萃取
等. 吸附法具有操作简单、去除效率高、不额外产生有毒副产品的优点，因此得到广泛的应用. 在众多吸附剂中，
活性炭因具有发达的孔隙结构和大比表面积以及化学性质稳定、机械强度高、耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶
剂等优点而获得广泛应用. 活性炭通常由木材、椰壳、煤等碳源制备而成，近年来采用农副产品的废弃物为碳源
制备活性炭的研究很活跃［4,5］，这不仅可以降低活性炭的生产成本，还能提高农产品的附加值.
花生是我国主要的油料作物和传统的出口农产品之一，每年约可产生450万吨花生壳，这些花生壳除少部
分被用作饲料外，绝大部分被白白烧掉，造成了资源的极大浪费［6］. 利用花生壳为原料制备活性炭并应用于环
境污水的治理已有不少文献报道［6-8］. 本文以花生壳为原料，磷酸为活化剂制备出高比表面积的活性炭，选用苯
酚和对硝基苯酚为酚类污染物代表，研究了它们在花生壳活性炭上的吸附性能，并比较了苯酚、对硝基苯酚及
其二元混合溶液中各组分的去除率.
1 实验部分
本实验所用活性炭由花生壳经磷酸活化法制备［9］. 苯酚和对硝基苯酚溶液用去离子水配制. 吸附实验在室
温(25℃)下进行，称取一定量的活性炭于试剂瓶中，加入200ml酚溶液，加塞密封后置于振荡器上振荡，在等温
收稿日期：2010-10-10
基金项目：山东省自然科学基金（No.Y2008B12）资助项目．
作者简介：窦建芝（1971—），女，山东青州人，潍坊教育学院讲师，山东师范大学分析化学专业研究生.
通讯作者：申大忠（1963—），男，湖南石门县人，山东师范大学化学化工与材料科学学院教授，博士生导师，研究方向：分
析化学，E-mail:dzshen@sdnu.edu.cn．
DOI:10.16101/j.cnki.cn32-1749/z.2011.02.017
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线及去除率实验中，振荡24h以达到吸附平衡，在动力学实验中根据吸附速率变化设定不同振荡时间. 然后将
吸附后的含酚溶液过滤，截取中间部分的滤液进行吸光度测定(UV-1700，岛津公司). 当吸光度过高时采用稀释
的方法使其在比尔定律的线性测量范围内. 采用多个波长下的吸光度以多元线性回归分析的方法计算滤液中
各酚的剩余浓度，酚在活性炭上的吸附量为：
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2 结果与讨论
2.1 酚在花生壳活性炭上的吸附等温线
吸附等温线是描述吸附质与吸附剂相互作用的定量关系，对优化吸附过程具有重要的指导意义. 在所用实
验条件下，苯酚(Phenol)及对硝基苯酚(4-NP)在所制备的活性炭上的吸附等温线示于图1. 在单组分吸附体系
中，吸附量随酚的平衡浓度的增加而增加，但增加趋势依次减缓. 回归分析表明，单组分溶液中酚的吸附等温线
符合以下的Freundlich模型：
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由表1可见，
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值为对硝基苯酚>苯酚，而n值为对硝基苯酚<苯酚，表明所制活性炭对对硝基苯酚的吸附
能力更强. 此外，我们还用以下的Langmuir模型对吸附数据进行了回归：
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结果表明，如果直接用式(4)为模型进行非线性回归分析，偏差很大，其相关系数(R2)的值仅为0.7左右，似乎
说明所测定的酚的吸附等温线不服从Langmuir模型. 但是，若对式(4)进行以下的线性变换：
书
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再以式（5）为模型进行线性回归，其相关系数R2>0.99，说明在所选实验条件下得到的吸附等温线也可以用
Langmuir模型进行分析. 这种差异可以这样解释，虽然式（4）和（5）在数学上是可以相互转换的，但在回归分析
中各数据点的权重却不同，式（4）中吸附量大的点对回归分析影响大，因为吸附等温线所选浓度区间未达到吸
附饱和，因此回归分析的相关
系数低，而在式（5）中，吸附量
低的实验点对回归分析的影
响大，比较适合未达到饱和吸
附的等温线分析. 由表 1可
见，吸附平衡常数和饱和吸附
量均为对硝基苯酚>苯酚.
由图1还可见，在混合酚
溶液中由于存在竞争吸附，对硝基苯酚与苯酚的吸附量均低于对应的单一酚体系的数值，随着酚起始浓度的增
加，酚之间的竞争吸附加剧，由于对硝基苯酚的吸附平衡常数与饱和吸附量均大于苯酚，在高浓度区间可以观
察到苯酚的吸附量随其平衡浓度的增加而呈现下降的趋势. 需要说明的是，两种酚的总吸附量与总平衡浓度之
间的关系也可以用Langmuir模型拟合，由表1可见，其吸附平衡常数和饱和吸附量介于两种酚之间.
2.2 活性炭投加量对酚去除率的影响
由图2可见，随着活性炭投加量的增加，因吸附面积增加，对硝基苯酚和苯酚的去除率随之增加，对于起始
表1 花生壳活性炭吸附苯酚及对硝基苯酚的吸附等温线参数
吸附物
对硝基苯酚
苯酚
苯酚+对硝基苯酚
Freundlich模型
KF
(mg1-n·Ln/g)
63.4
31.7
50.8
n
0.165
0.249
0.193
R2
0.9945
0.9952
0.9813
Langmuir模型
KL
(L/mg)
0.0613
0.0293
0.0307
书
!
!#
(mg/g)
176
148
167
R2
0.9928
0.9937
0.9931
48
浓度为200mg/L的单一酚溶液，硝基苯酚和苯酚的去除率达到95%所需活性炭的投加量分别为2.1g/L和3.4g/L.
在混合酚溶液中，酚的去除率较单一酚溶液低，因为对硝基苯酚的吸附平衡常数和饱和吸附量较苯酚的值大，
它被优先吸附，其去除率高于苯酚. 但随着活性炭投加量的增加，吸附位点的增多削弱了对硝基苯酚与苯酚之
间的竞争吸附机制，在高投加量时混合溶液中酚的去除率接近单一酚溶液中的去除率.
2.3 酚在活性炭上的吸附动力学
吸附速率是吸附法处理废水时的重要的技术参数之一，快速吸附有助于在短时间内达到吸附平衡以提高
处理废水的效率. 影响吸附速率的因素很多，主要包括被吸附物的起始浓度、吸附剂的投加量、传质条件、溶液
温度等. 由图3可见，在酚的起始浓度为50mg/L而活性炭的投加量为2g/L的吸附体系中，苯酚的吸附速率明显
高于对硝基苯酚，苯酚在大约1小时后达到稳态吸附，而对硝基苯酚达到稳态吸附的时间约为4小时. 由于酚的
起始浓度较低，其总量明显低于活性炭的最大吸附量，即吸附位点充裕，因此在混合酚的吸附体系中，两种酚的
吸附速率和吸附量仅略低于单一酚的数值.
在保持活性炭投加量不变的情况下，随着酚的起始浓度增加，吸附速率增加. 由图4可见，当起始浓度为
200mg/L时，苯酚和对硝基苯酚经1小时的吸附其吸附量分别为75.5和74.1mg/g，而在起始浓度为50mg/L时对
应的值仅为17.6和21.5mg/g. 在混合酚的吸附体系中，高的起始浓度加强了酚之间的竞争吸附，因为苯酚的吸
图2 花生壳活性炭投加量对苯酚及对硝基
苯酚去除率的影响(苯酚及对硝基苯酚
的起始浓度均为200mg/L)
G (g/L)
0 2 4 6 8
0
25
50
75
100
Phenol
4-NP
Phenol in 4-NP +Phenol
4-NP in 4-NP+Phenol

L
)
(%
)

L
)
(%
)

L
)
(%
)
图1 苯酚及对硝基苯酚在花生壳活性炭上
的吸附等温线(混合溶液中苯酚与对硝
基苯酚的起始浓度相等)
0 100 200 300 400 500
0
50
100
150
200
4-NP
Phenol
4-NP in 4-NP+Phenol
Phenol in 4-NP+Phenol
(mg/L)

L
G
(m
g/
g)
># (mg/L)

L
G
(m
g/
g)
图3 苯酚及对硝基苯酚吸附动力学曲线(苯酚
及对硝基苯酚的起始浓度均为 50mg/L，
花生壳活性炭的投加量为2.0g/L)
0 60 120 180 240
0
6
12
18
24
4-NP
Phenol
4-NP in 4-NP+Phenol
Phenol in 4-NP +Phenol
LK (min)

L
G
(m
g/
g)

L
G
(m
g/
g)
图4 苯酚及对硝基苯酚吸附动力学曲线(苯酚
及对硝基苯酚的起始浓度均为 200mg/L，
花生壳活性炭的投加量为2.0g/L)
LK (min)

L
G
(m
g/
g)
0 100 200 300 400
0
25
50
75
100
4-NP
Phenol
4-NP in 4-NP+Phenol
Phenol in 4-NP +Phenol

L
G
(m
g/
g)
第2期 窦建芝，刘金芝，王慧，等：花生壳活性炭吸附苯酚及对硝基苯酚 49
常熟理工学院学报（自然科学） 2011年
附速率较对硝基苯酚高，在吸附初期苯酚的吸附量明显高于对硝基苯酚，随着吸附过程的进行，吸附位点不断
被占据，两种酚之间出现竞争吸附. 对硝基苯酚的吸附平衡常数较苯酚高，部分已吸附苯酚分子可被对硝基苯
酚分子所置换，因此苯酚的吸附量在吸附后期随吸附时间的延长而下降.
在进行动力学分析研究中，本文采用假一级和假二级动力学模型进行回归分析. 假一级动力学模型的积分
形式如下：
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分别以式（6）和（7）为模型，采用非线性回归和线性回归的方法，得出苯酚及对硝基苯酚在不同条件下的动
力学参数值列于表2. 其中，在混合酚的吸附体系中，采用总吸附量为指标进行回归分析.
表2 苯酚及对硝基苯酚在花生壳活性炭(2g/L)上吸附的假一级和假二级动力学参数
吸附物
对硝基苯酚
苯酚
苯酚+对硝基苯酚
假一级动力学模型
C0
(mg/L)
50
100
200
400
50
100
200
400
100
200
400
800
k1×103
(min-1)
3.18
3.28
3.65
4.35
10.5
11.6
13.9
17.9
5.24
5.56
7.53
10.3
书
!
!
(mg/g)
24.7
47.3
85.7
132.8
22.1
41.7
74.8
105.4
43.5
78.8
121.4
145.6
R2
0.998
0.996
0.995
0.992
0.997
0.992
0.99
0.987
0.993
0.991
0.989
0.985
假二级动力学模型
k2×103
(g.mg-1.min-1)
1.31
0.726
0.483
0.392
9.38
5.24
3.16
1.87
1.72
0.95
0.804
0.691
书
!
!
(mg/g)
28.3
54.2
98.4
152.7
23.1
44.2
79.4
116.5
48.6
89.1
134.8
167.9
R2
0.995
0.996
0.996
0.995
0.993
0.995
0.996
0.997
0.993
0.994
0.996
0.996
k2
书
!
!
!
(mg.g-1.min-1)
1.05
2.13
4.68
9.14
5.01
10.2
19.9
25.4
4.13
7.54
14.6
19.5
结果表明，在所用实验条件下，两种动力学模型均可用于吸附动力学数据分析. 由表2可见，对于在低起始
浓度中的吸附，两个模型回归的相关系数R2>0.99，而从高起始浓度溶液中吸附时，假二级动力学模型的相关系
数仍有R2>0.993，高于假一级动力学模型的相关系数，如在总起始浓度为800mg/L的混合酚中，假一级模型回归
的相关系数仅为0.985，而假二级模型回归的相关系数则为0.996，但一级动力学模型所得的平衡吸附量值更接
近实验测定值. 从数值上看，随着酚起始浓度的增加，
书
! 1的值增加而
书
! 2的值则下降，二级动力学模型中起始吸
附速率(
书
!2
书
! e2
2)及回归得到的平衡吸附量(
书
! e1和
书
! e2)增加.
3 结 论
本实验表明，以花生壳为原料所制备的活性炭是酚的有效吸附剂，在所用实验条件下，吸附等温线可以用
Freundlich或Langmuir模型分析，而吸附动力学曲线则可以假一级或假二级动力学模型拟合. 在苯酚与对硝基
苯酚的混合溶液中，两种酚之间存在竞争吸附机制，对硝基苯酚的吸附平衡常数大，当活性炭投加量不足时被
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优先吸附，在吸附等温线和动力学曲线上可以观测到苯酚的解吸. 混合酚的总吸附量与总平衡浓度、吸附时间
的关系与单一酚溶液中的吸附类似.
参考文献：
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第2期 窦建芝，刘金芝，王慧，等：花生壳活性炭吸附苯酚及对硝基苯酚
Adsorption of Phenol and 4-nitrophenol on
Activated Carbon Derived from Peanut Hull
DOU Jian-zhi, LIU Jin-zhi, WANG Hui, ZHANG Chun-rong, SHEN Da-zhong
(School of Chemistry, Chemical Engineering and Material Science, Shandong Normal University, Jinan 250014, China）
Abstract: Activated carbon derived from peanut hull is an excellent adsorbent for phenols removal. The adsorption
of phenol and 4-nitrophenol on the activated carbon was investigated. It was shown that the adsorption isotherms
follow the Freundlich or Langmuir models. The kinetic data were fitted to follow the pseudo-first-order or pseu⁃
do-second-order models. Competitive adsorption was observed in the mixture of phenol and 4-nitropheno in the
case of insufficient dosage of adsorbent. And 4-nitropheno was preferentially adsorbed due to the greater adsorp⁃
tion equilibrium constant. In adsorption from the mixture, the relations between the total amount adsorbed and total
equilibrium concentration or contact time were similar to those in adsorption from single phenol solutions.
Key words：activated carbon; adsorption; phenol; 4-nitrophenol
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